多媒體教室IC卡控制管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章出處：http://m.botanicstilllife.com 作者：左渠   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月06日

    前言
 
    以非接觸射頻卡為信息載體來(lái)構(gòu)建適用于校園管理和消費(fèi)的校園“一卡通”系統(tǒng)，在學(xué)校得到了普遍應(yīng)用。用校園“一卡通”(校園IC卡)取代學(xué)校目前使用的學(xué)生證、借書(shū)證、票卡、醫(yī)療證件、計(jì)算機(jī)房機(jī)時(shí)卡等，消除了師生攜帶各種證件的煩惱。與銀行聯(lián)網(wǎng)的校園IC卡可以在校內(nèi)銀行網(wǎng)點(diǎn)指定圈存、消費(fèi)，真正做到在校園內(nèi)一卡通用。
 
    北京理工大學(xué)從2006年起，在研究生教學(xué)樓和新校區(qū)的多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)中，充分利用校園網(wǎng)為教學(xué)服務(wù)，將校園IC卡應(yīng)用到多媒體教室的使用與管理，方便了教師的使用，同時(shí)為加強(qiáng)學(xué)校教學(xué)過(guò)程的管理，提供了有效的技術(shù)支持和管理手段。本文就多媒體教學(xué)集控環(huán)境下，多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。
 
    一、多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)的研究
 
    1 刷卡控制系統(tǒng)架構(gòu)
 
    非接觸射頻卡將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將具有微處理器及存儲(chǔ)器的集成電路IC芯片和感應(yīng)天線封裝于標(biāo)準(zhǔn)PVC卡之中，射頻卡具多個(gè)分區(qū)、每個(gè)扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的，軟件可以模塊化設(shè)計(jì)，適合一卡多用的特性，在各種一卡通系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。IC卡的物理卡號(hào)具有唯一性，在讀寫(xiě)時(shí)處于非接觸操作狀態(tài)。讀卡器工作時(shí)，與IC卡片內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而為IC卡提供了工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀卡器發(fā)出的數(shù)據(jù)并保存。
 
    校園“一卡通”具有身份認(rèn)證功能即門(mén)禁系統(tǒng)，門(mén)禁系統(tǒng)是一個(gè)依托網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸功能，就特定人員在限定的環(huán)境和時(shí)間段完成相關(guān)工作并自動(dòng)記錄運(yùn)行信息的管理系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)是通過(guò)教學(xué)課表信息與教師身份認(rèn)證識(shí)別，實(shí)現(xiàn)教師持校園IC卡方便地使用多媒體教室。網(wǎng)絡(luò)多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)是以太網(wǎng)TCP~P校園網(wǎng)總線方式，每個(gè)教室多媒體控制臺(tái)都安裝一個(gè)讀卡器，讀卡器內(nèi)有時(shí)鐘及讀卡記錄存儲(chǔ)器。通過(guò)對(duì)讀卡器的網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)置，服務(wù)器下發(fā)排課信息和有效卡號(hào)，IC卡的身份信息經(jīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體控制臺(tái)的開(kāi)鎖控制。
 

圖1 刷卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    系統(tǒng)按應(yīng)用可分為實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)和脫機(jī)聯(lián)網(wǎng)兩類(lèi)。實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)需要系統(tǒng)服務(wù)器在讀卡時(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比識(shí)別，并發(fā)出控制命令。脫機(jī)聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)讀卡器存儲(chǔ)排課信息后，可以脫離網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立工作，進(jìn)行信息識(shí)別、發(fā)出開(kāi)鎖控制指令并讀卡記錄。
 
    圖l中多媒體教室控制臺(tái)1讀卡器采用的是TCP／IP技術(shù)接口類(lèi)型?？刂婆_(tái)2和3是通過(guò)多媒體教室中央控制器完成服務(wù)器與讀卡器的通訊，讀卡器可采用RS232等技術(shù)接口?？刂婆_(tái)2的讀卡器開(kāi)鎖指令是通過(guò)中央控制器的繼電器端口連接電控鎖完成；控制臺(tái)3讀卡器自身具有繼電器控制模塊，具有12V電源，可以直接驅(qū)動(dòng)電控鎖。
 
    2 功能設(shè)計(jì)
 
    多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)采用校園IC卡，實(shí)現(xiàn)教室與課表對(duì)應(yīng)的使用管理。
 
    (1) 教師利用校園IC卡自主使用多媒體教室
    任課教師只需在教室控制臺(tái)讀卡器前刷卡，經(jīng)讀卡器內(nèi)身份信息和教務(wù)排課數(shù)據(jù)識(shí)別，通過(guò)認(rèn)證后則允許自動(dòng)打開(kāi)控制臺(tái)的電控鎖，并完成多媒體教學(xué)設(shè)備的啟動(dòng)。
 
    (2) 開(kāi)發(fā)教務(wù)排課系統(tǒng)和“一卡通”管理系統(tǒng)接口
    為了學(xué)校教務(wù)管理系統(tǒng)和“一 通”管理系統(tǒng)的安全，設(shè)定訪問(wèn)權(quán)限，開(kāi)發(fā)教務(wù)排課數(shù)據(jù)和“一卡通”教師信息接口，獲取課表信息和IC卡教師身份信息。
 
    (3) 按學(xué)期集中授權(quán)、教室端身份驗(yàn)證
    刷卡控制系統(tǒng)按照每學(xué)期的排課數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中對(duì)教室端讀卡器授權(quán)，教室端IC卡讀卡器能存放一學(xué)期的排課數(shù)據(jù)和刷卡記錄，教室端進(jìn)行本地身份認(rèn)證。
 
    (4) 讀卡器的脫機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式
    讀卡器可脫機(jī)或聯(lián)網(wǎng)使用，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，IC卡的使用權(quán)限認(rèn)證可以脫離服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，讀卡器處于獨(dú)立工作狀態(tài)。
 
    (5) 權(quán)限信息更新
    當(dāng)排課數(shù)據(jù)或一卡通信息發(fā)生變化時(shí)，刷卡控制系統(tǒng)即時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新管理，同時(shí)對(duì)相應(yīng)教室端讀卡器的數(shù)據(jù)自動(dòng)刷新。
 
    (6) 使用權(quán)限設(shè)定
    教室的使用可以按課表、按教室、按同時(shí)段同教室多教師、按管理通卡多種權(quán)限設(shè)定。
 
    (7) 教室使用報(bào)表
    教務(wù)部門(mén)隨時(shí)可以查詢教室使用情況(如正常、遲到、未用、應(yīng)急調(diào)課處理)?？梢陨山淌沂褂脠?bào)表。
 
    3 接口設(shè)計(jì)
 
    刷卡控制系統(tǒng)管理服務(wù)器的數(shù)據(jù)要求來(lái)源于兩個(gè)方面，一個(gè)為課程表數(shù)據(jù)庫(kù)，另一個(gè)為學(xué)校一卡通數(shù)據(jù)庫(kù)。課程表數(shù)據(jù)庫(kù)則為教務(wù)課表信息，學(xué)校一卡通數(shù)據(jù)庫(kù)保存有每個(gè)教師的工號(hào)和持有的IC卡序列號(hào)，兩者之間需要有準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在上述兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，形成刷卡控制數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)系統(tǒng)的管理要求，刷卡控制數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包含所有必要信息以方便檢索。由學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)和一卡通系統(tǒng)提供接口，以數(shù)據(jù)庫(kù)(SQLServer、MySQL或Oracle)表或者視圖方式，進(jìn)行刷卡控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)， 自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，所需的接口數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2所示。
    表1排課數(shù)據(jù)視圖(View lessons plant)

    表2一卡通數(shù)據(jù)變更接口(View Cards Change)

    管理服務(wù)器刷卡控制數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)教師工號(hào)(具有唯一性)的對(duì)應(yīng)，確定了任課教師所持的校園IC卡(序列號(hào))與課表的認(rèn)證。
 
    4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程
 
    圖2展示了數(shù)據(jù)處理流程，系統(tǒng)管理服務(wù)程序根據(jù)設(shè)定好的邏輯規(guī)則把教師上課信息更新到網(wǎng)管數(shù)據(jù)以便教師卡下發(fā)。分布在各個(gè)教室的讀卡器存儲(chǔ)該教室的使用認(rèn)證信息，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。

圖2數(shù)據(jù)處理流程圖

    5 教室端控制處理方式
 
    多媒體教室網(wǎng)絡(luò)中央控制器基于TCP／IP協(xié)議，支持對(duì)標(biāo)準(zhǔn)串行設(shè)備的控制，支持IC卡讀卡器接口和控制信息轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)暢通時(shí)讀卡器數(shù)據(jù)上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，教師讀卡器脫離服務(wù)器獨(dú)立工作，完成認(rèn)證和操作記錄，實(shí)現(xiàn)讀卡器脫機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式。圖2中使用的讀卡器具有繼電器接口可以直接驅(qū)動(dòng)電控鎖， 目的是保證數(shù)據(jù)的安全，運(yùn)行管理可靠。 

    二、多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)應(yīng)用

    基于高校按學(xué)期排課的特點(diǎn)，新學(xué)期前對(duì)教室讀卡器集中授權(quán)，課表信息變化時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。系統(tǒng)的IC卡管理、排課數(shù)據(jù)維護(hù)見(jiàn)圖3、圖4。

    如果采用每天定時(shí)導(dǎo)入教務(wù)系統(tǒng)一周的排課數(shù)據(jù)，程序自動(dòng)給讀卡器下發(fā)當(dāng)天能開(kāi)鎖的教師卡號(hào)和時(shí)間的方法，這樣將會(huì)增加工作難度和影響數(shù)據(jù)的可靠性。IC卡管理對(duì)于卡號(hào)權(quán)限的設(shè)定，任課教師以普通卡類(lèi)型對(duì)應(yīng)上課教室，管理員可以按照管理范圍納入白名單信息管理并給與權(quán)限。對(duì)于未分配權(quán)限的卡號(hào)，根據(jù)實(shí)際需要可以添加使用權(quán)限。讀卡器更新設(shè)置以當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間更新到讀卡器，下發(fā)電控鎖的吸合時(shí)間。


    持有校園IC卡的教師，按照課表在上課前20分鐘隨時(shí)可以刷卡，直接打開(kāi)控制臺(tái)上課。對(duì)于臨時(shí)調(diào)課和IC卡丟失未更新的情況，總控室可以遠(yuǎn)程開(kāi)鎖，或通過(guò)工作人員配置的通卡給與服務(wù)。對(duì)于學(xué)校各類(lèi)廣播教學(xué)活動(dòng)，總控軟件對(duì)教室預(yù)設(shè)分組，根據(jù)課表信息自動(dòng)開(kāi)啟多媒體教室設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守管理。 

圖3 IC卡管理

    北京理工大學(xué)教師持校園“一卡通”IC卡使用多媒體教室的管理模式已運(yùn)行了三年，效果得到了學(xué)校和教師的認(rèn)可。

 
圖4排課數(shù)據(jù)維護(hù)

    結(jié)束語(yǔ)
 
    多媒體教室刷卡控制系統(tǒng)是基于校園IC卡，結(jié)合多媒體教學(xué)系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，不僅可以方便教師使用,提升多媒體教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)管理水平，也有利于學(xué)校教學(xué)過(guò)程的科學(xué)化管理和信息化的建設(shè)。